Compreendendo a estrutura das proteínas, os blocos de construção da vida, é essencial para obter uma visão sobre sua função biológica. Devido ao seu tamanho diminuto e extrema fragilidade, essas estruturas são extremamente difíceis de determinar. A aquisição de dados de resolução suficiente requer doses imensas de radiação de raios-X de alta energia, o que infelizmente danifica irrevogavelmente as proteínas principalmente sendo investigadas.

Agora, os pesquisadores do MPSD e DESY em Hamburgo desenvolveram um novo método inventivo que evita essas armadilhas e usa o acessível, tecnologia econômica. Seu trabalho descrevendo o novo método foi agora publicado em Nature Communications .

Por décadas, pesquisadores de várias áreas, como física, biologia, e a bioquímica despejou sua criatividade para contornar o enigma do dano por radiação. As abordagens atuais incluem o uso de flashes de raios-X extremamente curtos e intensos em instalações como o novo laser europeu de elétrons livres de raios-X (EuXFEL) em Hamburgo, que pode obter imagens bem expostas de proteínas antes de literalmente fazê-las explodir.

Embora este método tenha sido espetacularmente bem-sucedido na obtenção de estruturas de proteínas de alta resolução, a geração de feixes de raios-X com o brilho necessário requer o uso de grandes e caros aceleradores de partículas. Uma alternativa altamente eficaz, que é intensamente praticado no Centro de Biologia de Sistemas Estruturais (CSSB) em Hamburgo, por exemplo, é renunciar totalmente aos raios X, e usar feixes de elétrons em vez disso, que são mais suaves para as biomoléculas delicadas e mais fáceis de gerar.

A equipe de pesquisa MPSD / DESY do Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) combinou engenhosamente essas metodologias com computação de big data e melhorias recentes na tecnologia de câmeras e conseguiu obter estruturas de proteínas de alta resolução a partir de nano-cristais de obtenção relativamente fácil. Para alcançar isto, eles desenvolveram uma técnica chamada difração serial de elétrons, adaptando métodos experimentais já conhecidos na comunidade de cristalografia de raios-X para adquirir e processar sequencialmente padrões de difração de milhares de cristais.

Em vez de implantar um instrumento de bilhões de euros, como o EuXFEL, eles simplesmente distribuíram esses cristais em um filme fino de carbono e os inseriram em um microscópio eletrônico de transmissão, um dispositivo disponível onipresente. O feixe de elétrons é feito para saltar de um nanocristal para o próximo, a fim de adquirir dados de difração. Além da economia de material em amostras frequentemente raras e caras, a utilização de nanocristais significa que os pesquisadores não precisam mais cultivar grandes cristais de proteína, conforme exigido pelos métodos mais antigos (raios-X) - uma tarefa que muitas vezes se mostra proibitivamente difícil.

Para contornar os danos causados ​​pelo feixe de elétrons, em vez de tirar apenas uma foto, um pequeno filme é gravado usando uma câmera de alta velocidade enquanto o feixe de elétrons está pousado em cada cristal. No filme, pode-se literalmente observar as proteínas no cristal "derretendo" - no entanto, há informações suficientes neste filme de difração durante a destruição para reconstruir os dados quase como se não houvesse nenhum dano. Este procedimento é repetido para milhares de nanocristais, e dentro de algumas horas, usando software especializado desenvolvido no DESY, a enorme quantidade de dados é convertida em uma estrutura de proteína de alta resolução.

Além de proteínas e outras biomoléculas, difração serial de elétrons também é aplicável a muitas classes de novos materiais funcionais, como perovskitas e estruturas metal-orgânicas - todas elas candidatas promissoras para futuras aplicações em células solares e armazenamento de hidrogênio. A equipe de pesquisa está entusiasmada com a facilidade de uso desta técnica inovadora, com seus baixos requisitos de equipamento e ampla aplicabilidade. Eles prevêem que ela se espalhará do MPSD para laboratórios em todo o mundo.